側(cè)吹熔煉過(guò)程中砷的分布走向及無(wú)害化處置研究

羅偉金，李田玉，李光明

（黑龍江紫金銅業(yè)有限公司，黑龍江 齊齊哈爾 161041）

砷是銅冶煉過(guò)程中的有害元素，在冶煉過(guò)程中，砷的走向比較分散，會(huì)進(jìn)入熔煉渣、砷濾餅、電解液、陽(yáng)極泥、白煙塵及煙灰等物料中，隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，系統(tǒng)中循環(huán)的砷會(huì)逐漸升高，直至影響生產(chǎn)的正常運(yùn)行，因此查清砷在熔煉過(guò)程中的分布走向，對(duì)生產(chǎn)的控制有著指導(dǎo)意義。目前，國(guó)內(nèi)銅冶煉行業(yè)所采用的熔煉工藝主要有閃速熔煉、側(cè)吹熔煉、底吹熔煉及頂吹熔煉等。對(duì)于不同的熔煉工藝，由于其工況條件的控制參數(shù)（如氧濃度、風(fēng)量、溫度、渣型等）不同，砷銻鉍雜質(zhì)在氣相、渣相及銅锍中的分配也不同[1]。所以，本文就側(cè)吹爐熔煉工藝砷的分布與走向進(jìn)行了跟蹤統(tǒng)計(jì)。

1 原料情況

某銅冶煉企業(yè)所用銅精礦以自產(chǎn)礦為主，其主要成分如表1所示。企業(yè)的原料入爐配比如下：自產(chǎn)銅精礦為60%，外購(gòu)銅精礦為30%，渣精礦為6%，返爐煙灰為4%。

表1 銅精礦主要成分

2 熔煉工藝條件

該銅冶煉企業(yè)熔煉系統(tǒng)采用的是“側(cè)吹爐（28 m2）+底吹爐（Φ4.4 m×23 m）+陽(yáng)極爐（Φ4.2 m×13.5 m）”三連爐配置，實(shí)現(xiàn)了全熱態(tài)連續(xù)煉銅，其核心工序富氧側(cè)吹熔煉的工藝控制特點(diǎn)為“五高”：高溫、高氧濃度、高負(fù)荷、高冰銅品位、爐渣高鐵硅比。側(cè)吹爐工藝控制條件如下：氧濃度為70%～80%，產(chǎn)出冰銅溫度為1 270～1 280 ℃，爐渣溫度為1 300～1 330 ℃，冰銅品位為70%～76%，床能力（干基）為80～90 t/（d?m2）。

3 熔煉過(guò)程中砷的分布走向

跟蹤與檢測(cè)分析表明，砷在側(cè)吹熔煉過(guò)程中的走向比較分散，涉及側(cè)吹爐渣、煙氣煙塵、陽(yáng)極板及中間物料。側(cè)吹渣進(jìn)入后續(xù)的渣選工序，以渣精礦和尾渣產(chǎn)出；煙氣煙塵經(jīng)余熱鍋爐、電收塵除塵后進(jìn)入制酸系統(tǒng)的煙氣凈化、污酸硫化和中和等工序后分別產(chǎn)出煙灰、白煙塵、砷濾餅、石膏渣及中和渣；陽(yáng)極板進(jìn)入電解工序，產(chǎn)出陰極板、陽(yáng)極泥、殘極及電解液等；中間物料是指熔煉系統(tǒng)的在制品，主要有冰銅、底吹渣、粗銅、精煉渣和包底銅等。2020年1-8月，該銅冶煉企業(yè)熔煉系統(tǒng)和渣選系統(tǒng)的砷投入產(chǎn)出金屬平衡情況如表2、表3所示。

表2 2020年1-8月砷投入

表3 2020年1-8月砷產(chǎn)出

砷在熔煉過(guò)程中的走向分布如圖1所示，走向分配圖表明，砷有45.23%進(jìn)入熔煉渣、35.51%進(jìn)入砷濾餅、13.35%進(jìn)入陽(yáng)極板、3.39%進(jìn)入開路白煙塵、3.13%進(jìn)入回爐煙灰煙塵。

圖1 側(cè)吹熔煉系統(tǒng)砷的走向分布

相比之下，國(guó)內(nèi)另一家銅冶煉企業(yè)熔煉系統(tǒng)采用的是“閃速爐+PS轉(zhuǎn)爐+陽(yáng)極爐”配置，該企業(yè)進(jìn)行元素普查的結(jié)果表明，入爐原料含砷0.30%～0.35%，產(chǎn)出的閃速爐渣及電爐渣含砷0.27%～0.34%，陽(yáng)極板含砷0.12%～0.17%，渣選原礦含砷0.23%，產(chǎn)出的渣精礦含砷0.48%，尾渣含砷0.2%，白煙塵、砷濾餅等含砷與側(cè)吹工藝相差不大。砷的走向分配如下：約43.03%進(jìn)入閃速爐渣（電爐渣），約19.2%進(jìn)入廢酸原液（砷濾餅），約16.46%進(jìn)入陽(yáng)極板，約1.93%進(jìn)入白煙塵，約6.93%進(jìn)入在制品。

4 含砷物料的處置

從表2、表3可以看出，熔煉過(guò)程中開路出來(lái)的含砷物料有白煙塵、砷濾餅及側(cè)吹渣，側(cè)吹熔煉渣返回渣選系統(tǒng)后，產(chǎn)出渣精礦和尾渣，渣精礦回爐熔煉，尾渣外售。

4.1 白煙塵、砷濾餅的處置

白煙塵與砷濾餅均屬危險(xiǎn)固廢，對(duì)其中的砷的處置主要有資源化利用和無(wú)害化處置兩種方式，資源化利用主要是回收其中的銅、鉛、鋅、鉍、錸及金、銀等有價(jià)金屬，砷以三氧化二砷或金屬砷形式回收；無(wú)害化處理主要是先進(jìn)行有價(jià)金屬回收，然后對(duì)含砷廢液進(jìn)行固化處理，產(chǎn)出砷酸鐵鹽進(jìn)行填埋處理。白煙塵與砷濾餅的資源化利用及無(wú)害化處置均已有工業(yè)化應(yīng)用。

4.2 含砷物料的熔煉造渣無(wú)害化處理

從表2、表3及圖1可知，含砷的銅原料有45%左右進(jìn)入側(cè)吹熔煉渣中，經(jīng)渣選后最終有30%左右進(jìn)入尾渣，尾渣外售。熔煉渣含砷0.04%左右，經(jīng)浸出毒性檢測(cè)分析，檢測(cè)值為0.099 4 mg/L，遠(yuǎn)低于相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的5 mg/L限值。基于此，在保證銅冶煉工藝正常的情況下，可以對(duì)相關(guān)工藝條件進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，進(jìn)一步提高砷進(jìn)入熔煉渣的比例，從而減少白煙塵與砷濾餅的產(chǎn)出量，在無(wú)須新增投資的前提下，實(shí)現(xiàn)含砷危廢的減量化與無(wú)害化。

5 結(jié)論

采用不同的熔煉工藝配置，砷的分布走向有所差異，側(cè)吹熔煉過(guò)程中砷的分布走向如下：45.23%進(jìn)入熔煉渣，35.51%進(jìn)入砷濾餅，13.35%進(jìn)入陽(yáng)極板，3.39%進(jìn)入開路白煙塵，3.13%進(jìn)入回爐煙灰煙塵。基于砷進(jìn)入熔煉渣的分配比，可以利用熔煉造渣工藝，作為系統(tǒng)中砷的無(wú)害化處置輔助手段。